При сварке плавлением

Формирование металла сварных швов и наплавок

Металл сварных швов при сварке плавлением формируется либо за счет расплавления только основного металла, либо, более часто, за счет расплавления основного и добавочного (присадоч­ного металла).

В процессе сварочной операции расплавленный металл взаимо­действует с окружающей его материальной средой (газами, неме­таллическими расплавами - шлаками и пр.) и получает те или иные изменения, связанные с испарением некоторых составля­ющих при высоких температурах сварочного пространства, обра­зованием различных химических соединений, нерастворимых в металле и др.

В целом эти изменения характерны как для рас­плавляемого основного металла, находящегося в сварочной ванне, так и для поступающего в ванну добавочного металла. Как пра­вило, поступающий в ванну добавочный металл при основных способах сварки плавлением (электрическая дуговая сварка, особенно плавящимся электродом; электрошлаковая сварка) на­гревается до более высоких температур, чем в ванне, и имеет большую контактирующую со средой удельную поверхность (от­ношение поверхности к объему). Поэтому все процессы взаимодей­ствия с окружающей средой, происходящие через поверхность и интенсифицированные более высокой температурой, приводят, как правило, к большему изменению состава добавочного металла, чем расплавляемого составного. Этот измененный в процессе сварки добавочный металл на­зывается наплавленным металлом.

При сварке штучными электродами формирование состава металла шва можно представить в виде смешивания наплавленного металла, состав которого экспериментально может быть опреде­лен с достаточной степенью точности, и измененного сваркой рас­плавленного основного металла. За исключением газов (кислород, азот, водород) для основного металла возможны при сварке только потери элементов, которые можно оценить в относительных ве­личинах коэффициентом усвоения k_y.

В связи с тем, что основным фактором, вызывающим изменения состава расплавляемого электродного стержня при сварке, яв­ляется его взаимодействие с электродным покрытием, а их отно­сительные количества (например, относительный вес покрытия к весу стержня) постоянны, величина наплавленного металла практически мало зависит от режима сварки и может считаться некоторой постоянной «характеристикой» электрода определенной марки.

Для ряда элементов, обладающих относительно небольшой химической активностью, в частности мало окисляющихся, и при их относительно малых потерях испарением (при высокой темпе­ратуре кипения или при степени испарения сопоставимой с осно­вой сплава, образующего металл шва) коэффициент усвоения элемента из основного металла k_y может быть приближенно при­нят равным единице. В связи с тем, что и доля участия основного металла в шве при ручной сварке значительно меньше, чем при сварке под флюсом, и, как будет показано далее, редко превышает значения 0,25—0,3, то и сама поправка, вводимая k_y в абсолют­ном значении, как правило, невелика. Поэтому для приближенной оценки состава металла швов ею можно пренебречь.

Состав металла шва, выполненного в один проход, по любому элементу Х можно выразить в виде долевого участия основного и электродного металлов, концентраций этого элемента в них и изменений этих концентраций при сварке

[Х]_{м ш 1} = ψ₁ [X]_{о м} + (1 - ψ₁) [X]_{н м} ,

где ψ₁ и 1 - ψ₁ - доля основного и электродного металлов в металле шва,

[Х]_{м ш 1}; [X]_{о м}; [X]_{н м} - концентрация элемента Х соответственно в

металле однопроходного шва, основном и наплавленном металлах

.

Доля основного металла в металле однопроходного шва (оди­ночного наплавленного валика) зависит от способа сварки, режима сварки (например, при дуговой сварке плавящимся электродом - от Ug, I_т и V_cs), теплофизических свойств свариваемого металла, формы и размеров разделки кромок под сварку. Для обычных.режимов ручной дуговой сварки плавящимся электродом, а также обычных типовых режимов сварки под флюсом малоуглеродистых и низколегированных сталей доля основного металла ψ₁ в металле шва при отсутствии разделки изменяется в следующих пределах: при ручной сварке - от 0,25 до 0,40; при сварке под флюсом - от 0,65 до 0,70.

При других теплофизических свойствах основного металла (и электропроводности металла электродной проволоки, опреде­ляющей ее скорость плавления) эти значения ψ₁ могут быть другими. Так, в случае аналогичного выполнения швов (валиков) на аустенитной хромоникелевой стали (типа 1Х18Н9Т) такой же проволокой (электродами) значения ψ₁ изменяются: при ручной сварке от 0,30 до 0,50; при сварке под флюсом от 0,65 до 0,75.

Учитывая все отмеченное выше, можно заключить, что сред­ством регулирования химического состава, а следовательно, и свойств металла швов является соответствующий выбор свароч­ных материалов. При этом влияние режима сварки особенно зна­чительно может проявляться при автоматической и полуавтомати­ческой сварке, сварке плавящимся электродом под флюсом, при электрошлаковой сварке и в меньшей степени при ручной сварке штучными электродами. При аргонодуговой сварке неплавящимся электродом, а также при газовой сварке плавлением регулирование химического состава металла швов достигается соответствующим выбором присадочного металла и его относи­тельным количеством, вводимым в сварочную ванну, т. е. доле­вым участием в шве. Это достигается подбором формы кромок, подготовляемых под сварку, и регулированием расплавления основного и присадочного металла.

Дата добавления: 2014-11-29